ES2678695T3 - Methods and compounds to increase the sensitivity of botulin assays - Google Patents
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Abstract
Un método para detectar la presencia de una toxina botulínica, que comprende: proporcionar un ensayo con una célula que tiene (a) una molécula con sitio de escisión que interactúa con una porción de la toxina botulínica y (b) un reportero que proporciona una señal observable tras la escisión de la molécula en el sitio de escisión inducido por la toxina botulínica, caracterizado porque el reportero comprende una proteína fluorescente; e incubar la célula en un medio de cultivo que contiene un compuesto de isoquinolinilo eficaz para aumentar la sensibilidad del ensayo en al menos 0,5 log con relación a una sensibilidad de la línea de base proporcionada por el ensayo que utiliza la incubación en ausencia de dicho compuesto; tratar la célula con una cantidad de toxina botulínica, después detectar la señal, y correlacionar la señal con la presencia o ausencia de la toxina botulínica, en donde dicho compuesto es eficaz tanto para inhibir PKC como para inducir la formación de neuritas.A method of detecting the presence of a botulinum toxin, comprising: providing an assay with a cell that has (a) a molecule with a cleavage site that interacts with a portion of the botulinum toxin and (b) a reporter that provides a signal observable after excision of the molecule at the site of excision induced by botulinum toxin, characterized in that the reporter comprises a fluorescent protein; and incubating the cell in a culture medium containing an isoquinolinyl compound effective to increase the sensitivity of the assay by at least 0.5 log relative to a sensitivity of the baseline provided by the assay using incubation in the absence of said compound; treating the cell with an amount of botulinum toxin, then detecting the signal, and correlating the signal with the presence or absence of botulinum toxin, wherein said compound is effective both to inhibit PKC and to induce the formation of neurites.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Métodos y compuestos para aumentar la sensibilidad de los ensayos de la botulina Campo de la invenciónMethods and compounds for increasing the sensitivity of botulin assays Field of the invention
El campo de la invención es la detección de las neurotoxinas botulínicas (BoNT).The field of the invention is the detection of botulinum neurotoxins (BoNT).
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Las neurotoxinas botulínicas son las sustancias más letales conocidas, y en dependencia del serotipo, la dosis letal humana estimada se encuentra en el intervalo de 1 a 3 ng de toxina por kg de peso corporal. Debido a su facilidad de purificación y alta potencia, las BoNT representan una amenaza real y potencial para su uso como armas biológicas. Además, las BoNT se usan cada vez más con fines cosméticos y terapéuticos. Actualmente, la mayoría de las mediciones de detección y potencia de la BoNT completadas en laboratorios gubernamentales e industriales se realizan con el uso de ensayos basados en animales que presentan altos costos y poca precisión.Botulinum neurotoxins are the most lethal substances known, and depending on the serotype, the estimated lethal human dose is in the range of 1 to 3 ng of toxin per kg of body weight. Due to their ease of purification and high potency, BoNTs represent a real and potential threat to their use as biological weapons. In addition, BoNTs are increasingly used for cosmetic and therapeutic purposes. Currently, most of the BoNT detection and potency measurements completed in government and industrial laboratories are carried out with the use of animal-based tests that have high costs and low accuracy.
La principal ventaja de usar ensayos basados en células (CBA) para las mediciones de la potencia de la BoNT es que los sistemas CBA imitan de cerca las etapas fisiológicas individuales que ocurren en las neuronas durante la intoxicación. Las BoNT son endopeptidasas dependientes de zinc compuestas de una cadena pesada, responsable de la unión al receptor neuronal específico y la entrada de células, y una cadena ligera catalítica responsable de la escisión de la proteína sináptica. Al ingresar a las neuronas, las BoNT rompen específicamente la maquinaria proteínica responsable de la fusión de las vesículas sinápticas con la membrana plasmática, inhibiendo así la liberación de los neurotransmisores en la unión postsináptica. Debido a que todas las etapas fisiológicas deben tenerse en cuenta en los CBA, la mayoría de los ensayos no cumplen con los requisitos de sensibilidad para la medición de la actividad de la BoNT.The main advantage of using cell-based assays (CBA) for measurements of BoNT potency is that CBA systems closely mimic the individual physiological stages that occur in neurons during intoxication. BoNTs are zinc dependent endopeptidases composed of a heavy chain, responsible for specific neuronal receptor binding and cell entry, and a catalytic light chain responsible for cleavage of the synaptic protein. Upon entering the neurons, the BoNT specifically break down the protein machinery responsible for the fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane, thus inhibiting the release of neurotransmitters at the postsynaptic junction. Because all physiological stages must be taken into account in CBAs, most tests do not meet the sensitivity requirements for measuring BoNT activity.
Recientemente se ha descrito el empleo de líneas celulares de modelo estable establecidas para la detección de las BoNT, sin embargo, los CBA anteriores no cumplen con los requisitos de sensibilidad para la cuantificación de preparaciones farmacéuticas de BoNT o la detección de BoNT en muestras clínicas. Presumiblemente, las líneas celulares modelo actualmente establecidas carecen de características neuronales críticas requeridas para la captación eficiente de la BoNT. Una solución reciente para aumentar la sensibilidad de la BoNT es el uso de células madre embrionarias de ratón (mESC). Debido a que estas células pueden diferenciarse terminalmente en neuronas, son más sensibles al tratamiento con BoNT. Sin embargo, un inconveniente importante de este método son las múltiples semanas requeridas para diferenciar completamente las mESC.Recently, the use of stable model cell lines established for the detection of BoNTs has been described, however, the above CBAs do not meet the sensitivity requirements for the quantification of BoNT pharmaceutical preparations or the detection of BoNT in clinical samples. Presumably, the currently established model cell lines lack the critical neuronal characteristics required for efficient BoNT uptake. A recent solution to increase the sensitivity of BoNT is the use of mouse embryonic stem cells (mESC). Because these cells can differentiate terminally into neurons, they are more sensitive to treatment with BoNT. However, an important drawback of this method is the multiple weeks required to completely differentiate the mESC.
La publicación de patente internacional núm. WO 2009/035476 A1describe un constructo molecular que comprende una etiqueta de donante, una etiqueta de aceptor, un péptido enlazador con una secuencia de sitio de escisión y un espaciador. En modalidades específicas, el péptido enlazador es un sustrato de la toxina botulínica que puede reconocerse y escindirse por la toxina botulínica.International Patent Publication No. WO 2009/035476 A1 describes a molecular construct comprising a donor tag, an acceptor tag, a linker peptide with a cleavage site sequence and a spacer. In specific embodiments, the linker peptide is a substrate of botulinum toxin that can be recognized and cleaved by botulinum toxin.
La publicación de la patente internacional núm. WO 2009/114748 A1describe un ensayo de actividad de serotipo A de la toxina botulínica basado en la inmunidad. Para determinar la presencia o ausencia de una BoNT/A activa en una muestra, se producen anticuerpos a-SNAP-25 que se unen a un epítopo del sitio de escisión de BoNT/A a partir de un producto de escisión de SNAP-25. Con tal anticuerpo, la cantidad de productos de escisión de SNAP-25 se mide en una línea celular que puede captar BoNT/A de una muestra.International Patent Publication No. WO 2009/114748 A1 describes a serotype A activity test of botulinum toxin based on immunity. To determine the presence or absence of an active BoNT / A in a sample, a-SNAP-25 antibodies are produced that bind to an epitope of the BoNT / A cleavage site from a SNAP-25 cleavage product. With such an antibody, the amount of SNAP-25 cleavage products is measured in a cell line that can capture BoNT / A from a sample.
Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar ensayos basados en células para evaluar y cuantificar la potencia de muestras que contienen BoNT para la defensa de armas biológicas, enfermedades transmitidas por alimentos y propósitos terapéuticos.Therefore, there is an urgent need to develop cell-based assays to evaluate and quantify the potency of samples containing BoNT for the defense of biological weapons, foodborne diseases and therapeutic purposes.
Breve descripción de la invenciónBrief Description of the Invention
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de acuerdo con la reivindicación 1. En modalidades preferidas, el compuesto comprende el dicloruro de 1-(5-isoquinolinilsulfonil)-2-metilpiperazina (H7). El reportero es preferentemente un constructo artificial expresado en la célula, y la primera proteína fluorescente se selecciona preferentemente del grupo que consiste en la proteína fluorescente amarilla (YFP), Citrina, Venus y una proteína YPet, y el sitio de escisión comprende preferentemente al menos uno de una proteína, motivo y muteína de SNARE.According to the present invention, a method according to claim 1 is provided. In preferred embodiments, the compound comprises 1- (5-isoquinolinylsulfonyl) -2-methylpiperazine dichloride (H7). The reporter is preferably an artificial construct expressed in the cell, and the first fluorescent protein is preferably selected from the group consisting of the yellow fluorescent protein (YFP), Citrin, Venus and a YPet protein, and the cleavage site preferably comprises at least one of a protein, motif and mutein of SNARE.
Preferentemente, el reportero no se acopla con el segundo fluoróforo de una manera que produzca una transferencia de energía de resonancia de Forster (FRET) significativa. En tales modalidades, una célula puede expresar ventajosamente una enzima que facilita la degradación del reportero al menos diez veces más rápido después de la escisión que antes de la escisión, y la presencia de la toxina botulínica se correlaciona con la reducción de la señal a partir de una señal de la línea de base. Como se usa en la presente descripción, el términoPreferably, the reporter does not engage with the second fluorophore in a manner that produces a significant Forster resonance energy transfer (FRET). In such modalities, a cell can advantageously express an enzyme that facilitates reporter degradation at least ten times faster after excision than before excision, and the presence of botulinum toxin correlates with the reduction of the signal from of a baseline signal. As used in the present description, the term
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"ensayos y constructos no-FRET" se refiere a los ensayos y constructos que o bien (a) no tienen señal FRET detectable, o (b) que producen una señal de FRET con una eficiencia de transferencia FRET de menos del 5%, de acuerdo con el método E1 (la fluorescencia relativa del donante en presencia (FDA) y la ausencia (FD) del aceptor E1= 1 - FDA/FD) como se describió en "FRET o No FRET: A Quantitative Comparison ", Claude Berney y Gaudenz Danuser, Biophys J. Junio 2003; 84(6): 3992-4010. Se contempla que cualquier señal de FRET que tenga una eficiencia de transferencia FRET de menos del 5% está a un nivel tan insignificante que no es práctico usar la señal para proporcionar una medida cuantitativa de la concentración de un componente acoplado a FRET."non-FRET tests and constructs" refers to tests and constructs that either (a) have no detectable FRET signal, or (b) that produce a FRET signal with a FRET transfer efficiency of less than 5%, of according to method E1 (the relative fluorescence of the donor in the presence (FDA) and the absence (FD) of the acceptor E1 = 1 - FDA / FD) as described in "FRET or No FRET: A Quantitative Comparison", Claude Berney and Gaudenz Danuser, Biophys J. June 2003; 84 (6): 3992-4010. It is contemplated that any FRET signal having a FRET transfer efficiency of less than 5% is at such an insignificant level that it is impractical to use the signal to provide a quantitative measure of the concentration of a component coupled to FRET.
La porción escindida que contiene el reportero se destruye o de cualquier otra manera se degrada por el entorno local, y la presencia de la sustancia en la investigación se evidencia después por la reducción en la señal del reportero. En el contexto de esta solicitud, se contempla que la degradación de la porción protegida típicamente será intracelular en al menos una de las dos rutas, mediante el proceso dependiente de ubiquitina que dirige las proteínas al proteasoma, o mediante la ruta autofagia-lisosómica. En una ruta, el proteasoma es la enzima. En las rutas lisosomales, se contempla que las enzimas de interés son las hidrolasas, que incluyen especialmente una familia de proteasas denominadas catepsinas.The split portion that contains the reporter is destroyed or otherwise degraded by the local environment, and the presence of the substance in the investigation is later evidenced by the reduction in the reporter's signal. In the context of this application, it is contemplated that degradation of the protected portion will typically be intracellular in at least one of the two routes, by the ubiquitin-dependent process that directs the proteins to the proteasome, or by the autophagy-lysosomal route. On a route, the proteasome is the enzyme. In lysosomal pathways, it is contemplated that the enzymes of interest are hydrolases, which especially include a family of proteases called cathepsins.
En otros aspectos de modalidades preferidas, la porción que contiene el reportero escindible comprende, por ejemplo, la proteína fluorescente amarilla (YFP) como proteína fluorescente. La YFP es un mutante genético de la proteína verde fluorescente, derivada de Aequorea Victoria, y tiene un pico de excitación de 514nm y un pico de emisión de 527nm.In other aspects of preferred embodiments, the portion containing the cleavable reporter comprises, for example, the yellow fluorescent protein (YFP) as a fluorescent protein. YFP is a genetic mutant of the green fluorescent protein, derived from Aequorea Victoria, and has an excitation peak of 514 nm and an emission peak of 527 nm.
Se contempla además su uso en la porción que contiene el reportero escindible que son las proteínas estrechamente relacionadas Citrina, Venus y YPet. Las modificaciones redujeron la sensibilidad al cloruro, la maduración más rápida y el brillo aumentado (producto del coeficiente de extinción y el rendimiento cuántico). Por supuesto, cualquiera de las proteínas fluorescentes mencionadas en la presente descripción puede modificarse para incluir características específicas (por ejemplo, espectrales) o truncarse a un tamaño específico.Its use is also contemplated in the portion containing the cleavable reporter that are the closely related proteins Citrin, Venus and YPet. The modifications reduced chloride sensitivity, faster maturation and increased brightness (product of extinction coefficient and quantum yield). Of course, any of the fluorescent proteins mentioned in the present description can be modified to include specific characteristics (eg, spectral) or truncated to a specific size.
Tras la escisión, el constructo se divide en dos partes, una porción que contiene el reportero que se destruye o de cualquier otra manera se degrada en el citosol u otro entorno local, y una segunda porción. Para normalizar la detección de señal, esa segunda porción puede incluir ventajosamente una segunda proteína fluorescente, preferentemente en un extremo opuesto del reportero, que puede ayudar a normalizar el ensayo. La segunda proteína fluorescente puede ser, por ejemplo, la Proteína Fluorescente Cian (CFP), mCherry o mStrawberry. La porción que contiene el reportero no se acopla con el segundo fluoróforo de manera que produzca transferencia de energía de resonancia de Forster (FRET).After cleavage, the construct is divided into two parts, a portion that contains the reporter that is destroyed or in any other way degrades in the cytosol or other local environment, and a second portion. To normalize the signal detection, that second portion may advantageously include a second fluorescent protein, preferably at an opposite end of the reporter, which can help normalize the assay. The second fluorescent protein can be, for example, Cyan Fluorescent Protein (CFP), mCherry or mStrawberry. The portion containing the reporter does not engage with the second fluorophore so as to produce Forster resonance energy transfer (FRET).
Por lo tanto, antes de la exposición del constructo a BoNT u otra sustancia de escisión, la composición que contiene el constructo (ya sea basada en células o de cualquier otra manera) exhibe una señal de la línea de base, y entonces después de la exposición muestra una señal reducida. Para la medición de la degradación de YFP, se recogen directamente, por separado las emisiones YFP excitadas (superior, Ex500, Em526) y las emisiones de CFP (centro, Ex434, Em470). Estas emisiones se restan del fondo después y la emisión de YFP se divide por la emisión de CFP para controlar la densidad celular y la expresión del reportero en las células individuales. Esa relación de emisión (YFP/CFP, inferior) es cómo se informa el ensayo.Therefore, before exposure of the construct to BoNT or another cleavage substance, the composition containing the construct (either cell-based or in any other way) exhibits a baseline signal, and then after Exposure shows a reduced signal. For the measurement of YFP degradation, the excited YFP emissions (top, Ex500, Em526) and CFP emissions (center, Ex434, Em470) are collected directly. These emissions are subtracted from the fund afterwards and the YFP emission is divided by the emission of CFP to control cell density and reporter expression in individual cells. That emission ratio (YFP / CFP, lower) is how the test is reported.
La destrucción u otra degradación de la porción que contiene el reportero se produce a una velocidad mucho más rápida después de la exposición a la BoNT que la preexposición. En modalidades preferidas, se contempla que la destrucción u otra degradación de la porción que contiene el reportero se produce al menos 2 veces (dos veces) tan rápido posterior a la exposición como en la preexposición, pero con mayor preferencia la velocidad posterior a la exposición es al menos 5 veces, al menos 10 veces, al menos 100 veces con relación a la velocidad de preexposición.Destruction or other degradation of the portion containing the reporter occurs at a much faster rate after exposure to BoNT than preexposure. In preferred embodiments, it is contemplated that destruction or other degradation of the portion containing the reporter occurs at least twice (twice) as quickly after exposure as in pre-exposure, but more preferably the post-exposure rate. It is at least 5 times, at least 10 times, at least 100 times in relation to the pre-exposure speed.
Aun en otros aspectos de las modalidades preferidas, el entorno local es el citosol de una célula viva. Por ejemplo, YFP puede usarse como fluoróforo C-terminal, y CFP puede usarse como fluoróforo N-terminal. El trabajo experimental se ha verificado que, en ausencia de BoNT/A, la YFP puede excitarse directamente y recoger la emisión. La excitación ocurre típicamente a 505nM y la emisión correspondiente a 527nM. En presencia de BoNT/A, el reportero se escinde liberando un fragmento que contiene YFP. Ese fragmento se degrada por la célula, destruyendo el YFP y su emisión. Así, la actividad de BoNT/A se detecta mediante las mediciones con relación a la pérdida en la emisión de YFP. Por lo tanto, no se requiere FRET, lo que evita todos los límites y los problemas indicados anteriormente.Even in other aspects of the preferred embodiments, the local environment is the cytosol of a living cell. For example, YFP can be used as a C-terminal fluorophore, and CFP can be used as an N-terminal fluorophore. Experimental work has verified that, in the absence of BoNT / A, the YFP can be directly excited and collect the emission. The excitation typically occurs at 505nM and the emission corresponding to 527nM. In the presence of BoNT / A, the reporter is cleaved by releasing a fragment containing YFP. That fragment is degraded by the cell, destroying the YFP and its emission. Thus, BoNT / A activity is detected by measurements in relation to the loss in YFP emission. Therefore, FRET is not required, which avoids all the limits and problems indicated above.
Se contemplan además, los entornos locales para el constructo no FRET que no sean células vivas, que incluyen, por ejemplo, citosol de células lisadas y medios sintéticos que contienen una o más enzimas capaces de degradar el fragmento escindible cuando se escinde de la molécula reportera, pero incapaces o mucho menos capaces de degradar el fragmento escindible antes de escindirse de la molécula reportera.In addition, local environments for the non-FRET construct other than living cells are contemplated, including, for example, cytosol of lysed cells and synthetic media containing one or more enzymes capable of degrading the cleavable fragment when cleaved from the reporter molecule , but unable or much less capable of degrading the cleavable fragment before excising the reporter molecule.
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Diversos objetos, características, aspectos y ventajas de la materia objeto de la invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas, junto con las figuras de dibujos adjuntas en las que números iguales representan componentes similares.Various objects, features, aspects and advantages of the subject matter of the invention will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments, together with the attached drawing figures in which equal numbers represent similar components.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La Figura 1 es un gráfico que muestra que el tratamiento de H7, pero no el tratamiento con calfostina, IBMX, db- cAMP o 8-Br-cAMP, causa un aumento en la sensibilidad del Ensayo BoCell™.Figure 1 is a graph showing that the treatment of H7, but not the treatment with calfostine, IBMX, db-cAMP or 8-Br-cAMP, causes an increase in the sensitivity of the BoCell ™ Assay.
La Figura 2 son gráficos que muestran que el efecto H7 depende de la dosis y no afecta la viabilidad celular.Figure 2 are graphs that show that the H7 effect is dose dependent and does not affect cell viability.
La Figura 3 es un gráfico que muestra el efecto del pretratamiento de H7 (antes de la adición de BoNT/A). En la presente, H7 incluye además la incubación de BoNT/A.Figure 3 is a graph showing the effect of H7 pretreatment (before the addition of BoNT / A). Here, H7 also includes the incubation of BoNT / A.
La Figura 4 son los gráficos que muestran que 1) solo la holotoxina (BoNT/A completa) pero no la cadena ligera (fragmento BoNT/A) induce una respuesta en el ensayo BoCell™ y 2) la actividad BoNT/A puede bloquearse por la adición de HcR/A que compite por los receptores celulares. Así, las respuestas de BoNT/A en el ensayo ocurren a través de los mecanismos naturales.Figure 4 are the graphs showing that 1) only holotoxin (complete BoNT / A) but not the light chain (BoNT / A fragment) induces a response in the BoCell ™ assay and 2) BoNT / A activity can be blocked by the addition of HcR / A that competes for cell receptors. Thus, BoNT / A responses in the assay occur through natural mechanisms.
La Figura 5 es un gráfico que muestra que múltiples lotes de H7 de diferentes fabricantes causan un aumento en la sensibilidad. (Existe un informe en la literatura que algunos lotes de H7 de ciertos fabricantes no son realmente H7, así, se quiso confirmar el efecto con lotes múltiples.)Figure 5 is a graph showing that multiple batches of H7 from different manufacturers cause an increase in sensitivity. (There is a report in the literature that some lots of H7 from certain manufacturers are not really H7, thus, the effect with multiple lots was confirmed.)
La Figura 6 es un gráfico que muestra la respuesta y sensibilidad del ensayo en presencia de H7 después de una incubación de 24 y 48 horas con BoNT/A. Se espera que los límites de detección de <3 pM sean posibles con la optimización del ensayo.Figure 6 is a graph showing the response and sensitivity of the assay in the presence of H7 after a 24 and 48 hour incubation with BoNT / A. The detection limits of <3 pM are expected to be possible with trial optimization.
La Figura 7A es un esquema de un constructo BoCell™.Figure 7A is a schematic of a BoCell ™ construct.
La Figura 7B es un esquema de un ensayo ilustrativo en el que los reporteros BoNT/A basados en células se usan para detectar la actividad de BoNT/A mediante la pérdida de fluorescencia YFP.Figure 7B is a schematic of an illustrative assay in which cell-based BoNT / A reporters are used to detect BoNT / A activity through loss of YFP fluorescence.
La Figura 8A es una imagen de cambios inducidos por BoNT/A en las respuestas de fluorescencia.Figure 8A is an image of BoNT / A induced changes in fluorescence responses.
La Figura 8B es un gráfico que muestra las relaciones de fluorescencia y las sensibilidades de BoNT/A de los reporteros basados en células.Figure 8B is a graph showing the fluorescence ratios and BoNT / A sensitivities of cell-based reporters.
La Figura 8C es una transferencia de membrana que muestra la actividad de BoNT/A en las células independientemente del reportero.Figure 8C is a membrane transfer that shows BoNT / A activity in cells independently of the reporter.
La Figura 9 comprende múltiples gráficos que muestran los datos de emisión tanto para la degradación de YFP como para la pérdida de FRET de acuerdo con la práctica del estado de la técnica a partir de las mismas placas de células.Figure 9 comprises multiple graphs showing the emission data for both YFP degradation and for FRET loss in accordance with the practice of the state of the art from the same cell plates.
Descripción detallada Secuencia(s) de escisiónDetailed description Sequence sequence (s)
En modalidades preferidas, la sustancia en investigación es una toxina botulínica (BoNT), y la secuencia de escisión se corresponde apropiadamente con la sustancia en investigación. Por ejemplo, BoNT/A, E y C escinden SNAP-25, y BoNT/B, D, F, G escinden sinaptobrevina (Syb), en sitios únicos pero diferentes. BoNT/C escinde además a sintaxina además de SNAP-25.In preferred embodiments, the substance under investigation is a botulinum toxin (BoNT), and the cleavage sequence corresponds appropriately with the substance under investigation. For example, BoNT / A, E and C cleave SNAP-25, and BoNT / B, D, F, G cleave synaptobrevin (Syb), in unique but different sites. BoNT / C also cleaves syntaxin in addition to SNAP-25.
Las secuencias de sitios de escisión contempladas pueden comprender ventajosamente (a) una proteína, motivo, o muteína SNARE. "Muteínas" de una proteína deben interpretarse en la presente descripción como que tienen al menos 30% de identidad con una proteína nativa correspondiente, que incluye, por ejemplo, composiciones que tienen al menos 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% o 98% de identidad con la proteína nativa. Las variaciones de la identidad pueden comprender una o más adiciones, supresiones y sustituciones. Las muteínas contempladas incluyen fragmentos, truncados y proteínas de fusión.The sequences of contemplated cleavage sites may advantageously comprise (a) a SNARE protein, motif, or mutein. "Muteins" of a protein should be interpreted herein as having at least 30% identity with a corresponding native protein, which includes, for example, compositions having at least 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or 98% identity with the native protein. Variations of identity may comprise one or more additions, deletions and substitutions. The contemplated muteins include fragments, truncated and fusion proteins.
Células transfectadasTransfected cells
La(s) proteína(s) híbrida(s) que se forman en las células transfectadas preferentemente incluyen un dominio transmembrana, que tiende a localizar las vesículas intracelulares para BoNT/B, D, F y G, y por lo tanto presentan un sustrato unido a las vesículas. La endocitosis mediada por cadenas pesadas de la BoNT en la célula transfectada se sigue por la presentación de la cadena ligera en la superficie externa de la vesícula, permitiendo a la actividad deThe hybrid protein (s) that are formed in the transfected cells preferably include a transmembrane domain, which tends to locate the intracellular vesicles for BoNT / B, D, F and G, and therefore have a substrate. attached to the vesicles. The heavy chain-mediated endocytosis of the BoNT in the transfected cell is followed by the presentation of the light chain on the outer surface of the gallbladder, allowing the activity of
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la proteasa de la cadena ligera escindir la secuencia de escisión de la(s) proteína(s) híbrida(s), por lo tanto, se escinde la porción que contiene el reportero, que se destruye o degrada después para reducir la señal que se está probando. El Syb de longitud completa, por ejemplo, contiene 116 aminoácidos y se localiza en las vesículas a través de un único dominio transmembrana.The light chain protease cleaves the cleavage sequence of the hybrid protein (s), therefore, the portion containing the reporter is cleaved, which is then destroyed or degraded to reduce the signal that is Its testing. The full-length Syb, for example, contains 116 amino acids and is located in the vesicles through a single transmembrane domain.
La(s) proteína(s) híbrida(s) que se forman en las células transfectadas incluyen preferentemente un dominio transmembrana, que tiende a ubicarse en la membrana plasmática para BoNT/A, C y E. En algunos ensayos contemplados, el dominio de anclaje a la membrana comprende un fragmento que contiene un sitio de palmitoilación. Los dominios adecuados de anclaje a la membrana se describen, por ejemplo, en el documento de patente núm. US 20060134722 de Chapman.The hybrid protein (s) that are formed in the transfected cells preferably include a transmembrane domain, which tends to be located in the plasma membrane for BoNT / A, C and E. In some contemplated assays, the domain of membrane anchoring comprises a fragment that contains a palmitoylation site. Suitable membrane anchoring domains are described, for example, in patent document no. US 20060134722 by Chapman.
Aunque se prefiere especialmente que el dominio transmembrana sea el dominio transmembrana de la sinaptobrevina, las mutaciones (por ejemplo, transiciones, transversiones, inserciones, deleciones, inversiones, etc.) de las mismas, e incluso dominios transmembrana no sinaptobrevina se consideran además adecuados para su uso en la presente descripción. Similarmente, se debe apreciar que el dominio transmembrana puede reemplazarse además por otro resto polipeptídico que permita al menos un anclaje temporal de la proteína híbrida a una membrana de manera que el resto de la proteína híbrida se exponga al citosol.Although it is especially preferred that the transmembrane domain be the transmembrane domain of the synaptobrevin, mutations (e.g., transitions, transitions, insertions, deletions, inversions, etc.) thereof, and even non-synaptobrevin transmembrane domains are further considered suitable for its use in the present description. Similarly, it should be appreciated that the transmembrane domain can also be replaced by another polypeptide moiety that allows at least a temporary anchoring of the hybrid protein to a membrane so that the rest of the hybrid protein is exposed to the cytosol.
Con respecto a las células transfectadas que expresan la proteína híbrida, generalmente, se prefiere que la célula se transfecte establemente. Sin embargo, se contempla además la transfección transitoria. Todavía más típicamente se prefiere que la célula transfectada sea una célula neuronal. Sin embargo, numerosas otras células no neuronales (que incluyen células de mamíferos, roedores e insectos, e incluso levaduras y células bacterianas) se contemplan además en la presente descripción. Más típicamente, las células expresarán constitutivamente que la(s) proteína(s) híbrida(s) están, por lo tanto, bajo los elementos reguladores apropiados. En aspectos alternativos, la expresión además puede inducirse.With respect to transfected cells expressing the hybrid protein, it is generally preferred that the cell be stably transfected. However, transient transfection is also contemplated. Even more typically it is preferred that the transfected cell be a neuronal cell. However, numerous other non-neuronal cells (including mammalian, rodent and insect cells, and even yeasts and bacterial cells) are further contemplated in the present description. More typically, the cells will constitutively express that the hybrid protein (s) are, therefore, under the appropriate regulatory elements. In alternative aspects, the expression can also be induced.
De acuerdo con una modalidad preferida, una molécula de ácido nucleico recombinante, preferentemente un vector de expresión, que codifica un polipéptido sustrato de BoNT y un reportero adecuado se introduce en una célula huésped adecuada. Un experto en la materia puede elegir un vector de expresión adecuado, preferentemente un vector de expresión de mamífero, y reconocerá que hay un enorme número de elecciones. Por ejemplo, la serie pcADN de vectores, tales como pCI y pSi (de Promega, Madison, Wisconsin), CDM8, pCeo4. Muchos de estos vectores usan promotores virales. Preferentemente, se usan promotores inducibles, tales como los vectores tet-off y tet-on de Clontech (Mountain View, California).According to a preferred embodiment, a recombinant nucleic acid molecule, preferably an expression vector, encoding a BoNT substrate polypeptide and a suitable reporter is introduced into a suitable host cell. One skilled in the art can choose a suitable expression vector, preferably a mammalian expression vector, and will recognize that there is a huge number of choices. For example, the pcDNA series of vectors, such as pCI and pSi (from Promega, Madison, Wisconsin), CDM8, pCeo4. Many of these vectors use viral promoters. Preferably, inducible promoters are used, such as the tet-off and tet-on vectors of Clontech (Mountain View, California).
Muchas opciones de líneas celulares son adecuadas como célula huésped. Preferentemente, la célula es de un tipo en la que la BoNT respectiva exhibe sus actividades tóxicas. En otras palabras, las células preferentemente muestran receptores de superficie celular adecuados, o de cualquier otra manera permiten que la toxina se transloque en la célula de manera suficientemente eficiente, y permiten que la toxina escinda el polipéptido de sustrato adecuado. Los ejemplos específicos incluyen neuronas cultivadas primarias (neurona cortical, neurona del hipocampo, neurona motora de la médula espinal, etc.); células PC12 o derivadas de líneas celulares PC12; células cromafines de cultivo primario; varias líneas celulares de neuroblastoma cultivado, tales como la línea celular colinérgica Neuro 2a murina, línea celular adrenérgica SK-N-SH humana y línea celular NS-26. Ver por ejemplo, Foster y Stringer (1999), Genetic Regulatory Elements Introduced Into Neural Stem and Progenitor Cell Populations, Brain Pathology 9: 547-567.Many cell line options are suitable as a host cell. Preferably, the cell is of a type in which the respective BoNT exhibits its toxic activities. In other words, the cells preferably show suitable cell surface receptors, or in any other way allow the toxin to translocate into the cell efficiently enough, and allow the toxin to cleave the appropriate substrate polypeptide. Specific examples include primary cultured neurons (cortical neuron, hippocampal neuron, spinal cord motor neuron, etc.); PC12 cells or derived from PC12 cell lines; primary culture chromaffin cells; several cultured neuroblastoma cell lines, such as the murine Neuro 2a cholinergic cell line, human SK-N-SH adrenergic cell line and NS-26 cell line. See for example, Foster and Stringer (1999), Genetic Regulatory Elements Introduced Into Neural Stem and Progenitor Cell Populations, Brain Pathology 9: 547-567.
La región de codificación para el constructo del sitio reportero / escisión está bajo el control de un promotor adecuado. Dependiendo de los tipos de células huésped usadas, se conocen muchos promotores adecuados y están fácilmente disponibles en la técnica. Tales promotores pueden ser inducibles o constitutivos. Un promotor constitutivo puede seleccionarse para dirigir la expresión del polipéptido deseado. Dicho constructo de expresión puede proporcionar ventajas adicionales ya que elude la necesidad de cultivar los huéspedes de expresión en un medio que contiene un sustrato inductor. Ejemplos de promotores adecuados pueden ser LTR, SV40 y CMV en sistemas de mamíferos; lac o trp de E. coli en sistemas bacterianos; promotor poliedro de baculovirus (polh) en sistemas de insectos y otros promotores que se conocen que controlan la expresión en células eucariotas y procariotas o sus virus. Ejemplos de promotores constitutivos y/o inducibles fuertes que se prefieren para su uso en huéspedes de expresión fúngica son aquellos promotores que pueden obtenerse a partir de los genes fúngicos para la xilanasa (xlnA), fitasa, ATP-sintetasa, subunidad 9 (oliC), triosa fosfato isomerasa (tpi), alcohol deshidrogenasa (AdhA), .alfa.-amilasa (amy), amiloglucosidasa (AG--del gen glaA), acetamidasa (amdS) y gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (gpd). Ejemplos de promotores de levadura fuertes son los obtenibles a partir de los genes de alcohol deshidrogenasa, lactasa, 3-fosfoglicerato quinasa y triosafosfato isomerasa. Ejemplos de promotores bacterianos fuertes incluyen promotores de SPO2 así como promotores de genes de proteasas extracelulares.The coding region for the reporter / cleavage site construct is under the control of a suitable promoter. Depending on the types of host cells used, many suitable promoters are known and readily available in the art. Such promoters can be inducible or constitutive. A constitutive promoter can be selected to direct the expression of the desired polypeptide. Said expression construct can provide additional advantages since it avoids the need to cultivate the expression hosts in a medium containing an inducing substrate. Examples of suitable promoters may be LTR, SV40 and CMV in mammalian systems; lac or trp of E. coli in bacterial systems; polyhedron baculovirus (polh) promoter in insect systems and other promoters that are known to control expression in eukaryotic and prokaryotic cells or their viruses. Examples of strong constitutive and / or inducible promoters that are preferred for use in fungal expression hosts are those promoters that can be obtained from the fungal genes for xylanase (xlnA), phytase, ATP synthetase, subunit 9 (oliC) , triosa phosphate isomerase (tpi), alcohol dehydrogenase (AdhA), .alpha.-amylase (amy), amyloglucosidase (AG - of the glaA gene), acetamidase (amdS) and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (gpd). Examples of strong yeast promoters are those obtainable from the genes of alcohol dehydrogenase, lactase, 3-phosphoglycerate kinase and triosaphosphate isomerase. Examples of strong bacterial promoters include SPO2 promoters as well as promoters of extracellular protease genes.
Los promotores híbridos además pueden usarse para mejorar la regulación inducible del constructo de expresión. El promotor puede incluir adicionalmente características para asegurar o aumentar la expresión en un huésped adecuado. Por ejemplo, las características pueden ser regiones conservadas como una caja Pribnow o una caja TATA. El promotor puede incluso contener otras secuencias para afectar (tal como para mantener, mejorar o disminuir) los niveles de expresión de la secuencia de nucleótidos. Por ejemplo, otras secuencias adecuadasThe hybrid promoters can also be used to improve the inducible regulation of the expression construct. The promoter may additionally include features to ensure or increase expression in a suitable host. For example, features may be conserved regions such as a Pribnow box or a TATA box. The promoter may even contain other sequences to affect (such as to maintain, improve or decrease) the levels of nucleotide sequence expression. For example, other suitable sequences
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incluyen el intrón Shl o un intrón ADH. Otras secuencias incluyen elementos inducibles, como temperatura, elementos químicos, elementos inducibles por estrés o luz. Además, elementos adecuados para mejorar la transcripción o la traducción pueden estar presentes. Un ejemplo de este último elemento es la secuencia señal TMV 5' (ver Sleat, 1987, Gene 217: 217-225; y Dawson, 1993, Plant Mol. Biol. 23: 97).include the Shl intron or an ADH intron. Other sequences include inducible elements, such as temperature, chemical elements, stress-inducible elements or light. In addition, suitable elements to improve transcription or translation may be present. An example of this last element is the 5 'TMV signal sequence (see Sleat, 1987, Gene 217: 217-225; and Dawson, 1993, Plant Mol. Biol. 23: 97).
El vector de expresión además puede contener secuencias que actúan sobre el promotor para amplificar la expresión. Por ejemplo, los elementos que actúan en cis SV40, CMV y polioma (potenciador) y un marcador seleccionable pueden proporcionar un rasgo fenotípico para la selección (por ejemplo, resistencia al dihidrofolato reductasa o neomicina para células de mamífero o resistencia a la amplicilina/tetraciclina para E. coli). La selección del vector apropiado que contiene el promotor apropiado y el marcador de selección están dentro del nivel de los expertos en la técnica.The expression vector may also contain sequences that act on the promoter to amplify the expression. For example, the elements that act in cis SV40, CMV and polyoma (enhancer) and a selectable marker can provide a phenotypic trait for selection (eg, resistance to dihydrofolate reductase or neomycin for mammalian cells or amplicillin / tetracycline resistance for E. coli). The selection of the appropriate vector containing the appropriate promoter and the selection marker are within the level of those skilled in the art.
Preferentemente, la región de codificación para el constructo está bajo el control de un promotor inducible. En comparación con un promotor constitutivo, es preferible un promotor inducible porque permite un control adecuado de la concentración del reportero en la célula, por lo tanto, la medición de los cambios en las señales se facilita en gran medida.Preferably, the coding region for the construct is under the control of an inducible promoter. Compared to a constitutive promoter, an inducible promoter is preferable because it allows adequate control of the concentration of the reporter in the cell, therefore, the measurement of changes in the signals is greatly facilitated.
Por ejemplo, la expresión puede controlarse con el uso del sistema Tet-on & Tet-off de Clontech (Mountain View, California). Bajo el control de este promotor, la expresión génica puede regularse de manera precisa, reversible y cuantitativa. En resumen, para el sistema Tet-on, la transcripción del gen corriente abajo solo ocurre cuando la doxiciclina está presente en el medio de cultivo. Después de la transcripción durante un cierto período de tiempo, puede cambiarse el medio de cultivo para reducir la doxiciclina, así, detener la síntesis de nuevas proteínas reporteras. Por lo tanto, no existen antecedentes de proteínas reporteras recién sintetizadas, y uno puede ser capaz de ver un cambio más rápido después del tratamiento con la toxina.For example, the expression can be controlled with the use of the Clontech Tet-on & Tet-off system (Mountain View, California). Under the control of this promoter, gene expression can be regulated precisely, reversibly and quantitatively. In summary, for the Tet-on system, downstream gene transcription only occurs when doxycycline is present in the culture medium. After transcription for a certain period of time, the culture medium can be changed to reduce doxycycline, thus stopping the synthesis of new reporter proteins. Therefore, there is no history of newly synthesized reporter proteins, and one may be able to see a faster change after treatment with the toxin.
Análisis fluorescenteFluorescent analysis
El análisis fluorescente puede llevarse a cabo con el uso de, por ejemplo, un sistema de microscopio epifluorescente de recuento de fotones (que contiene el espejo dicroico apropiado y filtros para monitorear la emisión fluorescente en el intervalo particular), un sistema fotomultiplicador de recuento de fotones o un fluorómetro. La excitación para iniciar la emisión de energía puede llevarse a cabo con un láser de iones de argón, una lámpara de arco de mercurio (Hg) de alta intensidad, una fuente de luz de fibra óptica, u otra fuente de luz de alta intensidad filtrada apropiadamente para la excitación en el intervalo deseado. Será evidente para los expertos en la técnica que los medios de excitación/detección pueden aumentarse mediante la incorporación de medios fotomultiplicadores para mejorar la sensibilidad de detección. Por ejemplo, el método de correlación cruzada de dos fotones puede usarse para lograr la detección en una escala de una sola molécula (ver por ejemplo Kohl y otros, Proc. Nat'1. Acad. Sci., 99:12161, 2002).The fluorescent analysis can be carried out with the use of, for example, a photon count epifluorescent microscope system (containing the appropriate dichroic mirror and filters to monitor the fluorescent emission in the particular range), a photomultiplier counting system. photons or a fluorometer. The excitation to initiate the energy emission can be carried out with an argon ion laser, a high intensity mercury arc lamp (Hg), a fiber optic light source, or other filtered high intensity light source. appropriately for excitation in the desired range. It will be apparent to those skilled in the art that the excitation / detection means can be increased by incorporating photomultiplier means to improve detection sensitivity. For example, the two-photon cross-correlation method can be used to achieve detection on a single molecule scale (see for example Kohl et al., Proc. Nat'1. Acad. Sci., 99: 12161, 2002).
SensibilizadorSensitizer
En una modalidad particular, el inhibidor dicloruro de 1-(5-isoquinolinilsulfonil)-2-metilpiperazina (H7) aumenta significativamente la sensibilidad de la línea celular modelo BoCell™ a la neurotoxina botulínica tipo A (BoNT/A).In a particular embodiment, the 1- (5-isoquinolinylsulfonyl) -2-methylpiperazine (H7) dichloride inhibitor significantly increases the sensitivity of the BoCell ™ model cell line to botulinum neurotoxin type A (BoNT / A).
El pretratamiento de las células de neuroblastoma modificadas BoCell™ con H7 provocó un rápido aumento tanto en la longitud de la neurita como en el número de neuritas por células. El efecto de H7 fue dependiente tanto del tiempo como de la dosis con los efectos máximos observados con el tratamiento de H7 ImM. Además, este cambio fenotípico podría ser "rescatado" mediante la eliminación de H7. Por último, el pretratamiento de las células con H7 aumentó significativamente la sensibilidad de estas células al tratamiento con BoNT/A como se midió mediante la escisión del reportero SNAP-25.Pretreatment of BoCell ™ modified neuroblastoma cells with H7 caused a rapid increase in both the length of the neurite and the number of neurites per cell. The effect of H7 was dependent on both time and dose with the maximum effects observed with the treatment of H7 ImM. In addition, this phenotypic change could be "rescued" by eliminating H7. Finally, pretreatment of cells with H7 significantly increased the sensitivity of these cells to treatment with BoNT / A as measured by excision of the SNAP-25 reporter.
H7 además inhibe las quinasas dependientes de cAMP y cGMP, aunque el pretratamiento de las células con el fármaco HA1004, un inhibidor selectivo de quinasas de cAMP y cGMP falló en inducir cambios morfológicos en células de neuroblastoma, lo que sugiere que el efecto es específico para la inhibición de PKC (1990, artículo JBC). Por otro lado, otras moléculas conocidas como diferenciadores de células neuronales, que incluyen algunos inhibidores de PKA y PKC, no aumentan la sensibilidad del ensayo BoCell™. El aumento de la sensibilidad no se observó con otros fármacos que previamente demostraron inducir la formación de neuritas: Calfostina C, IBMX, dibutiril-cAMP, y 8-Bromoadenosina-cAMP.H7 also inhibits cAMP and cGMP-dependent kinases, although pretreatment of cells with the HA1004 drug, a selective cAMP and cGMP kinase inhibitor failed to induce morphological changes in neuroblastoma cells, suggesting that the effect is specific for PKC inhibition (1990, JBC article). On the other hand, other molecules known as neuronal cell differentiators, which include some PKA and PKC inhibitors, do not increase the sensitivity of the BoCell ™ assay. The increased sensitivity was not observed with other drugs that were previously shown to induce the formation of neurites: Calfostin C, IBMX, dibutyryl-cAMP, and 8-Bromoadenosine-cAMP.
Así se contempla que la inhibición de isoformas de PKC específicas con análogos de isoquinolinilo selectivos y otros fármacos puede inferir aumentos similares en la sensibilidad de BoNT/A en líneas celulares modelo establecidas induciendo la formación de neuritas.Thus it is contemplated that inhibition of specific PKC isoforms with selective isoquinolinyl analogs and other drugs can infer similar increases in BoNT / A sensitivity in established model cell lines by inducing neurite formation.
Además se contempla que los medios de cultivo pueden incluir uno o ambos de H7 y B27, y que la osmolaridad de los medios de cultivo puede modificarse para optimizar la eficacia con respecto a toxinas botulínicas específicas, especialmente las de la Tabla 1. La osmolaridad puede ajustarse de acuerdo con principios conocidos, que incluyen especialmente la modificación del contenido de sal y/o azúcar. Como se usa en la presente descripción, el términoIt is further contemplated that the culture media may include one or both of H7 and B27, and that the osmolarity of the culture media may be modified to optimize efficacy with respect to specific botulinum toxins, especially those in Table 1. The osmolarity may adjusted according to known principles, which especially include the modification of the salt and / or sugar content. As used in the present description, the term
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"optimización" significa tomar medidas para mejorar un resultado deseado, que puede o no alcanzar realmente el mejor resultado posible."optimization" means taking measures to improve a desired result, which may or may not actually achieve the best possible result.
Tabla 1 - Formulaciones excipientes de productos farmacéuticos basados en BoNT/A. Botox® se fabrica por Allergan Inc. (Irvine, CA), Dysport® por Ipsen (Francia) y Xeomin® por Merz GmbH (Alemania).Table 1 - Excipient formulations of pharmaceutical products based on BoNT / A. Botox® is manufactured by Allergan Inc. (Irvine, CA), Dysport® by Ipsen (France) and Xeomin® by Merz GmbH (Germany).
- Terapéutico Therapeutic
- Ingrediente activo por vial Forma suministrada Excipientes por vial Concentraciones del contenido en 1 ml Active ingredient per vial Form provided Excipients per vial Concentrations of content in 1 ml
- Botox® Botox®
- BoNT/A 100 U Polvo liofilizado HSA 0,5 mg, NaCl 0,9 mg BoNT/A 100 U, HSA al 0,05%, NaCl 15,4 mM BoNT / A 100 U Lyophilized powder HSA 0.5 mg, NaCl 0.9 mg BoNT / A 100 U, 0.05% HSA, 15.4 mM NaCl
- Dysport®/Reloxin® Dysport® / Reloxin®
- BoNT/A 500 U Polvo liofilizado HSA 125 gg, lactosa 2,5 mg BoNT/A 500 U, HSA al 0,0125%, lactosa al 0.25% BoNT / A 500 U Lyophilized powder HSA 125 gg, lactose 2.5 mg BoNT / A 500 U, 0.0125% HSA, 0.25% lactose
- Xeomin® Xeomin®
- BoNT/A 100 U Polvo liofilizado HSA 1 mg, sacarosa 4,7 mg BoNT/A 100 U, HSA al 0,1%, sacarosa al 0,47% BoNT / A 100 U Lyophilized powder HSA 1 mg, sucrose 4.7 mg BoNT / A 100 U, HSA 0.1%, sucrose 0.47%
Resultados experimentales del sensibilizadorExperimental sensitizer results
El descubrimiento es que el tratamiento de las células BoCell™ con el compuesto H7 aumenta la sensibilidad del ensayo BoCell™. Desde el punto de vista de los métodos, las posibles ventajas tecnológicas del tratamiento con H7 incluyen:The discovery is that treatment of BoCell ™ cells with compound H7 increases the sensitivity of the BoCell ™ assay. From the point of view of the methods, the possible technological advantages of treatment with H7 include:
1. Tiempos de ensayo reducidos. Con el tratamiento con H7, se obtuvieron sensibilidades con BoNT/A de BoCell™ después de 24 horas de tratamiento con BoNT/A que son equivalentes a los tratamientos con BoNT/A de 72 horas con las condiciones de ensayo actuales. Una reducción del tiempo de ensayo de 48 horas.1. Short test times. With the treatment with H7, sensitivities were obtained with BoNT / A from BoCell ™ after 24 hours of treatment with BoNT / A which are equivalent to the treatments with BoNT / A of 72 hours with the current test conditions. A reduction of the test time of 48 hours.
2. Aumento general en la sensibilidad del ensayo. Usando H7 podemos aumentar la sensibilidad del ensayo en 0,5 log - 1,0 log con un tratamiento con BoNT/A de 48 horas en comparación con las condiciones de ensayo actuales. Se espera que aumente aún más la sensibilidad con la optimización del ensayo.2. General increase in the sensitivity of the assay. Using H7 we can increase the sensitivity of the assay by 0.5 log - 1.0 log with a 48-hour BoNT / A treatment compared to the current test conditions. It is expected that sensitivity will be further increased with trial optimization.
3. Aumenta la sensibilidad de las células neuronales a otros serotipos de BoNT. Actualmente se está probando esto.3. Increases the sensitivity of neuronal cells to other BoNT serotypes. This is currently being tested.
Así se contempla que el uso de los compuestos contemplados en la presente descripción puede aumentar la sensibilidad del ensayo en al menos 0,5 log, al menos 0,6 log, al menos 0,7 log, al menos 0,8 log, al menos 0,9 log y al menos 1,0. A menos que el contexto dicte lo contrario, todos los intervalos establecidos en la presente descripción deben interpretarse como inclusivos de sus puntos finales y los intervalos abiertos deben interpretarse para incluir solo valores comercialmente prácticos. Similarmente, todas las listas de valores deben considerarse como inclusivas de valores intermedios a menos que el contexto indique lo contrario.Thus it is contemplated that the use of the compounds contemplated in the present description can increase the sensitivity of the assay by at least 0.5 log, at least 0.6 log, at least 0.7 log, at least 0.8 log, at minus 0.9 log and at least 1.0. Unless the context dictates otherwise, all intervals established in this description should be interpreted as inclusive of their endpoints and open intervals should be interpreted to include only commercially practical values. Similarly, all lists of values should be considered as inclusive of intermediate values unless the context indicates otherwise.
Las Figuras 1-6 muestran los datos generados con el uso de H7.Figures 1-6 show the data generated with the use of H7.
En la Figura 1, las BoCell se sembraron y se pretrataron durante 24 horas con A) H7, B) Calfostina C, C) IBMX, D) dibutiril-cíclico AMP (db-cAMP), o E) 8-brom o-AMP cíclico (8-Br-cAMP) en la concentración indicada. Las células de control se trataron con el vehículo equivalente a la máxima concentración de fármaco probada. Después del pretratamiento, se trataron las BoCell con BoNT/A que contenía la concentración de fármaco indicada durante 24 horas adicionales. La respuesta del ensayo se recolectó leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas de la serie Tecan™ Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/CFP) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado.In Figure 1, BoCells were seeded and pretreated for 24 hours with A) H7, B) Calfostin C, C) IBMX, D) dibutyryl-cyclic AMP (db-cAMP), or E) 8-brom o-AMP cyclic (8-Br-cAMP) in the indicated concentration. Control cells were treated with the vehicle equivalent to the maximum concentration of drug tested. After pretreatment, BoCells were treated with BoNT / A containing the indicated drug concentration for an additional 24 hours. The test response was collected by reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan ™ Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / CFP) were plotted as a function of the BoNT / concentration. TO. The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate.
En la Figura 2, A) las BoCell se sembraron y se pretrataron durante 24 horas con la concentración indicada de H7. Las células de control se trataron con el vehículo equivalente a la máxima concentración de fármaco probada. Después del pretratamiento. Las BoCell se trataron con BoNT/A que contenía la concentración de fármaco indicada durante 24 horas adicionales. La respuesta del ensayo se recolectó leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas de la serie Tecan™ Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/cFp) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado. B) Las BoCell se tiñeron con azul tripán después se contaron 3x campos de 50 o más células por tratamiento y se calculó la viabilidad celular.In Figure 2, A) the BoCells were seeded and pretreated for 24 hours with the indicated concentration of H7. Control cells were treated with the vehicle equivalent to the maximum concentration of drug tested. After pretreatment BoCells were treated with BoNT / A containing the indicated drug concentration for an additional 24 hours. The test response was collected by reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan ™ Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / cFp) were plotted as a function of BoNT / concentration. TO. The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate. B) BoCells were stained with trypan blue after 3x fields of 50 or more cells were counted per treatment and cell viability was calculated.
En la Figura 3, se sembraron las BoCell y se pretrataron para cualquiera de los 3. 6. 12 o 24 horas con H7 0,75 mM. Después del pretratamiento. Se trataron las BoCell con BoNT/A que contenía H7 0,75 mM durante 24 horas adicionales. La respuesta del ensayo se recolectó leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas de la serie Tecan Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/CFP) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado.In Figure 3, BoCells were seeded and pretreated for any of the 3. 6. 12 or 24 hours with 0.75 mM H7. After pretreatment BoCells were treated with BoNT / A containing 0.75 mM H7 for an additional 24 hours. The test response was collected by reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / CFP) were plotted as a function of the BoNT / A concentration. . The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate.
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En la Figura 4, A) las BoCell se sembraron en placas y se pretrataron durante 24 horas con H7 0,75 mM. Después del pretratamiento. Las BoCell se trataron ya sea con holotoxina BoNT/A o cadena ligera de BoNT/A que contenía H7 0,75 mM durante 24 horas adicionales. B.) Las BoCell se pretrataron durante 24 horas con H7 0,75 mM. Se añadió HcR/A 10 mM o vehículo a los pocillos durante 1 hora antes de la adición de BoNT/A. La respuesta del ensayo se recogió después de 24 horas leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas de la serie Tecan Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/CFP) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado.In Figure 4, A) the BoCells were plated and pretreated for 24 hours with 0.75 mM H7. After pretreatment The BoCells were treated with either BoNT / A holotoxin or BoNT / A light chain containing 0.75 mM H7 for an additional 24 hours. B.) The BoCells were pretreated for 24 hours with 0.75 mM H7. 10 mM HcR / A or vehicle was added to the wells for 1 hour before the addition of BoNT / A. The test response was collected after 24 hours reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / CFP) were plotted as a function of concentration from BoNT / A. The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate.
En la Figura 5, las BoCell se preincubaron con H7 0,75 mM de tres fabricantes independientes (listados) durante 24 horas después se trataron con BoNT/A en presencia de H7 0,75 mM. La respuesta del ensayo se recogió después de 24 horas leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas serie Tecan™ Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/CFP) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado.In Figure 5, BoCells were pre-incubated with 0.75 mM H7 from three independent manufacturers (listed) for 24 hours after they were treated with BoNT / A in the presence of 0.75 mM H7. The test response was collected after 24 hours reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan ™ Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / CFP) were plotted as a function of the concentration of BoNT / A. The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate.
En la Figura 6, las BoCell se preincubaron con H7 0,75 mM durante 24 horas después se trataron con BoNT/A en presencia de H7 0,75 mM. La respuesta del ensayo se recogió después de 24 horas y 48 horas leyendo la emisión a 485 y 535 nm con el uso de un lector de microplacas serie Tecan™ Infinite 500. Las relaciones de emisión (YFP/CFP) se graficaron como una función de la concentración de BoNT/A. Los datos representan la media ± desviación estándar de la media de las muestras procesadas por triplicado.In Figure 6, BoCells were pre-incubated with 0.75 mM H7 for 24 hours after they were treated with BoNT / A in the presence of 0.75 mM H7. The test response was collected after 24 hours and 48 hours by reading the emission at 485 and 535 nm with the use of a Tecan ™ Infinite 500 series microplate reader. The emission ratios (YFP / CFP) were plotted as a function of BoNT / A concentration. The data represent the mean ± standard deviation of the average of the samples processed in triplicate.
Ensayos no basados en FRETNon-FRET based tests
La Figura 7A representa el constructo BoCell™ A BoNT/A de BioSentinel. El fluoróforo reportero, YFP, y el fluoróforo de normalización, CFP, se acoplan por una secuencia de escisión, SNAP-25 (verde). La palmitoilación de SNAP-25 localiza el reportero a una membrana plasmática.Figure 7A represents the BoCell ™ A BoNT / A BioSentinel construct. The reporter fluorophore, YFP, and the normalization fluorophore, CFP, are coupled by a cleavage sequence, SNAP-25 (green). SNAP-25 palmitoylation locates the reporter to a plasma membrane.
La Figura 7B representa un ensayo ilustrativo en el que se usan reporteros basados en células BoNT/A para detectar la actividad de BoNT/A por la pérdida de fluorescencia de YFP. Aquí, la porción de YFP se excita directamente lo que conduce a la emisión de fluorescencia en ausencia de BoNT/A. La escisión del reportero mediante BoNT/A libera un fragmento reportero C-terminal que contiene la porción YFP en el citosol. El fragmento se degrada rápidamente y así se pierde la emisión de YFP. La señal de CFP todavía se usa para controlar los niveles de expresión del reportero célula a célula y la densidad celular.Figure 7B depicts an illustrative test in which reporters based on BoNT / A cells are used to detect BoNT / A activity by loss of YFP fluorescence. Here, the YFP portion is directly excited which leads to fluorescence emission in the absence of BoNT / A. Excision of the reporter by BoNT / A releases a C-terminal reporter fragment that contains the YFP portion in the cytosol. The fragment degrades rapidly and thus the YFP emission is lost. The CFP signal is still used to control the expression levels of the cell-to-cell reporter and cell density.
Sorprendentemente, no todas las proteínas fluorescentes relacionadas con YFP son eficaces como fluoróforo reportero. Por ejemplo, las Figuras 8A - 8C proporcionan evidencia de que los reporteros que contienen YFP o el derivado Venus estrechamente relacionado puede detectar la actividad BoNT/A en las células, pero no mCherry o mStrawberry. Aquí, las células Neuro2A se cultivaron en una placa de 96 pocillos con una confluencia del 70% y se transfectaron transitoriamente con el uso de Lipofectamina 2000 (Invitrogen™), con reporteros que contienen los pares de fluoróforos indicados N-terminal y C-terminal (N-term/C-term). Después de 24 horas, las células se incubaron en presencia o en ausencia de BoNt/A 10 nM a 37 °C durante 72 horas en 100 pl de medio MEM libre de rojo fenol.Surprisingly, not all YFP-related fluorescent proteins are effective as a reporter fluorophore. For example, Figures 8A - 8C provide evidence that reporters containing YFP or the closely related Venus derivative can detect BoNT / A activity in cells, but not mCherry or mStrawberry. Here, Neuro2A cells were grown in a 96-well plate with a 70% confluence and transiently transfected with the use of Lipofectamine 2000 (Invitrogen ™), with reporters containing the indicated N-terminal and C-terminal fluorophores pairs (N-term / C-term). After 24 hours, the cells were incubated in the presence or absence of 10 nM BoNt / A at 37 ° C for 72 hours in 100 µl of phenol red free MEM medium.
La Figura 8A muestra los cambios inducidos por BoNT/A en las respuestas de fluorescencia. Se realizaron mediciones semiautomatizadas de fluorescencia de YFP y CFP con el uso de un microscopio fluorescente Nikon™ TE2000-U con 20x aumentos y el software Nikon NIS Elements 3.4. Se muestran campos seleccionados aleatoriamente seudocoloreados para la relación de fluorescencia de proteína fluorescente (FP) C-terminal/N- terminal. Se calcularon las relaciones a partir de las emisiones recogidas tras la excitación directa de cada fluoróforo.Figure 8A shows the changes induced by BoNT / A in fluorescence responses. Semi-automated fluorescence measurements of YFP and CFP were performed with the use of a Nikon ™ TE2000-U fluorescent microscope with 20x magnification and Nikon NIS Elements 3.4 software. Randomly selected pseudo-colored fields are shown for the C-terminal / N-terminal fluorescent protein (FP) fluorescence ratio. The ratios were calculated from the emissions collected after the direct excitation of each fluorophore.
La Figura 8B representa las relaciones de fluorescencia y las sensibilidades de BoNT/A de los reporteros basados en células. Se analizaron 30 células seleccionadas aleatoriamente por condición para las relaciones de fluorescencia en presencia o ausencia de BoNT/A 10 nM. Se muestra la señal promedio de las 30 células de 5 campos microscópicos en 3 pocillos diferentes. Se excluyeron las células que exhiben fluorescencia sobresaturada.Figure 8B depicts the fluorescence ratios and BoNT / A sensitivities of cell-based reporters. 30 randomly selected cells were analyzed per condition for fluorescence ratios in the presence or absence of 10 nM BoNT / A. The average signal of the 30 cells of 5 microscopic fields in 3 different wells is shown. Cells exhibiting supersaturated fluorescence were excluded.
La Figura 8C es una transferencia de membrana que muestra que BoNT/A estaba activo en las células independientemente del reportero. Todos los reporteros muestran algo de escisión en presencia de BoNT/A, y todos los SNAP25 nativos se escinden. Se transfectaron las células y se trataron con BoNT/A como se describió anteriormente, pero se ampliaron en placas de 6 pocillos. Después de 72 horas de incubación con BoNT/A, las células se lavaron 3X con MEM libre de suero, se recolectaron mediante raspado y se lisaron con el uso de Tampón de Lisis M-Per (Pierce™). Se sometieron 40 pg de lisado celular a SDS-PAGE antes de la transferencia a papel de nitrocelulosa y el análisis de inmunoelectrotransferencia con el uso de un anticuerpo dirigido contra SNAP-25 (clon 71.2, Synaptic Systems). Las flechas indican la posición de las formas en toda su longitud (cerradas) y escindidas (abiertas) de los reporteros. Se indican los SNAP-25 nativos en toda su longitud (*) y escindidos (**).Figure 8C is a membrane transfer showing that BoNT / A was active in the cells independently of the reporter. All reporters show some cleavage in the presence of BoNT / A, and all native SNAP25 are cleaved. The cells were transfected and treated with BoNT / A as described above, but expanded in 6-well plates. After 72 hours of incubation with BoNT / A, the cells were washed 3X with serum-free MEM, collected by scraping and lysed with the use of M-Per Lysis Buffer (Pierce ™). 40 pg of cell lysate were subjected to SDS-PAGE prior to transfer to nitrocellulose paper and immunoelectrotransfer analysis with the use of an antibody directed against SNAP-25 (clone 71.2, Synaptic Systems). The arrows indicate the position of the full length (closed) and split (open) forms of the reporters. Native SNAP-25 are indicated throughout their length (*) and split (**).
La materia de la invención puede extenderse más allá de los sustratos escindibles, a cualquier ensayo que tenga un constructo con un reportero que pueda desprotegerse, y después degradarse de alguna manera por el citosol u otroThe subject of the invention can extend beyond the cleavable substrates, to any test that has a construct with a reporter that can be unprotected, and then degraded in some way by the cytosol or other
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entorno local. Por ejemplo, un reportero susceptible podría modificarse para incluir un dominio 'señuelo' que se usa para tamizar contra una biblioteca de proteínas recombinantes que posiblemente podrían unirse al dominio señuelo. Sin el dominio señuelo protegido por una proteína de unión, el reportero susceptible se degradará. En un ensayo de ese tipo, las células que expresan las proteínas de unión formarán un complejo para proteger al reportero susceptible de la degradación, mientras que las células que expresan una pareja de unión al señuelo se iluminarán. El dominio señuelo podría ser ventajosamente un péptido pequeño, y las parejas de unión podrían ser miembros de una biblioteca de proteínas (o mutantes de proteínas). El sistema además podría invertirse de manera que exista una biblioteca de dominios señuelos probados contra una única proteína de prueba (o biblioteca de proteína de prueba).local environment For example, a susceptible reporter could be modified to include a 'decoy' domain that is used to screen against a library of recombinant proteins that could possibly bind to the decoy domain. Without the decoy domain protected by a binding protein, the susceptible reporter will degrade. In such an assay, the cells expressing the binding proteins will form a complex to protect the reporter susceptible to degradation, while the cells expressing a lure binding partner will illuminate. The decoy domain could advantageously be a small peptide, and the binding partners could be members of a protein library (or protein mutants). The system could also be reversed so that there is a library of tested decoy domains against a single test protein (or test protein library).
En cada uno de estos casos se considera ventajoso incluir un segundo reportero que no se degrade después de la exposición por el citosol u otro entorno local, o se degrade al menos mucho más lentamente después de la exposición que el primer reportero.In each of these cases it is considered advantageous to include a second reporter that does not degrade after exposure by the cytosol or other local environment, or is degraded at least much more slowly after exposure than the first reporter.
Todavía más, mientras que el reportero puede seleccionarse convenientemente a partir de fluoróforos adecuados, se contempla que el reportero podría reemplazarse o aumentarse por cualquier otra proteína u otro componente con una función definida que se sabe que (a) tiene un recambio relativamente rápido en la célula sin protección, y (b) que puede protegerse mediante la interacción con una pareja de unión. Las funciones definidas incluyen activadores de transcripción para el gen reportero, represores de genes letales, etc. (cualquier cosa que pueda identificarse o seleccionarse fácilmente).Furthermore, while the reporter can be conveniently selected from suitable fluorophores, it is contemplated that the reporter could be replaced or augmented by any other protein or other component with a defined function that is known to (a) have a relatively rapid turnover in the unprotected cell, and (b) that can be protected by interaction with a binding partner. Defined functions include transcription activators for the reporter gene, repressors of lethal genes, etc. (anything that can be easily identified or selected).
La Figura 9 comprende múltiples gráficos que muestran los datos de emisión tanto para la degradación de YFP como para la pérdida de FRET de acuerdo con la práctica del estado de la técnica a partir de las mismas placas de células. Para la degradación de YFP, se recogen las emisiones YFP directa y singularmente excitadas (superior, Ex500, Em526) y las emisiones de CFP (centro, Ex434, Em470). Estas emisiones se restan del fondo después y la emisión de YFP se divide por la emisión de CFP para controlar la densidad celular y la expresión del reportero en los pocillos individuales. Esa relación de emisión (YFP/CFP, inferior) se usa después para el reporte del ensayo.Figure 9 comprises multiple graphs showing the emission data for both YFP degradation and for FRET loss in accordance with the practice of the state of the art from the same cell plates. For YFP degradation, direct and singularly excited YFP emissions (top, Ex500, Em526) and CFP emissions (center, Ex434, Em470) are collected. These emissions are subtracted from the fund afterwards and the YFP emission is divided by the emission of CFP to control cell density and reporter expression in individual wells. That emission ratio (YFP / CFP, lower) is then used for the test report.
Para la pérdida de FRET, se recogen las emisiones de FRET (superior, Ex434, Em526) y las emisiones de CFP (centro, Ex434, Em470). Estas emisiones se restan del fondo después, y la emisión de FRET se divide por la emisión de CFP para controlar la densidad celular y la expresión del reportero en los pocillos individuales. Esa relación de emisión (FRET/CFP, inferior) se muestra aquí para compararla con el método normal.For the loss of FRET, FRET emissions (higher, Ex434, Em526) and CFP emissions (center, Ex434, Em470) are collected. These emissions are subtracted from the fund afterwards, and the FRET emission is divided by the emission of CFP to control cell density and reporter expression in individual wells. That emission ratio (FRET / CFP, lower) is shown here to compare with the normal method.
La comparación clave es la pérdida de YFP directamente excitado en función de la pérdida de emisión de FRET. A partir de la comparación entre las mediciones y las curvas correspondientes, resulta inmediatamente evidente que el intervalo dinámico general para la degradación de YFP es mucho mayor que el intervalo dinámico de pérdida de emisiones de FRET. En algunos casos, no hay diferencia, estadísticamente, entre las células tratadas sin BoNT en función de las células tratadas con concentraciones saturantes de BoNT cuando se observan únicamente las emisiones de FRET sin procesar. Para la pérdida del método FRET, la respuesta a la dosis de BoNT solo se vuelve clara después de dividir la emisión de FRET por la emisión de CFP (donante). La emisión de CFP (donante) muestra un pequeño aumento de emisión debido a la desactivación en respuesta a la escisión del reportero.The key comparison is the loss of YFP directly excited based on the loss of FRET emission. From the comparison between the measurements and the corresponding curves, it is immediately apparent that the general dynamic range for YFP degradation is much greater than the dynamic range of FRET emission losses. In some cases, there is no difference, statistically, between cells treated without BoNT as a function of cells treated with saturating concentrations of BoNT when only unprocessed FRET emissions are observed. For the loss of the FRET method, the BoNT dose response only becomes clear after dividing the FRET emission by the CFP (donor) emission. The issuance of CFP (donor) shows a small increase in emission due to deactivation in response to the reporter's excision.
En resumen, la pérdida del método de FRET informa pobremente los cambios inducidos por BoNT en el reportero, o en lo absoluto, y por lo tanto no puede usarse para una determinación cualitativa y cuantitativa correcta. Por el contrario, los métodos preferidos contemplados en la presente descripción tienen un alto grado de especificidad y reproducibilidad, lo que permite confiar en los datos tanto para el análisis cualitativo como cuantitativo.In summary, the loss of the FRET method poorly reports BoNT-induced changes in the reporter, or not at all, and therefore cannot be used for a correct qualitative and quantitative determination. On the contrary, the preferred methods contemplated in the present description have a high degree of specificity and reproducibility, which makes it possible to rely on the data for both qualitative and quantitative analysis.
Todos los términos deben interpretarse de la manera más amplia posible en consonancia con el contexto. En particular, los términos "comprende" y " que comprende" deben interpretarse como referencias a elementos, componentes o etapas de manera no exclusiva, lo que indica que los elementos, componentes o etapas a los que se hace referencia pueden estar presentes o utilizarse, o combinarse con otros elementos, componentes o etapas que no se mencionan expresamente. Cuando las reivindicaciones de la especificación se refieren a al menos uno de algo seleccionado del grupo que consiste en A, B, C .... y N, el texto debe interpretarse como que requiere solo un elemento del grupo, no A más N, o B más N, etc.All terms should be interpreted as broadly as possible in line with the context. In particular, the terms "comprises" and "comprising" should be construed as references to elements, components or stages in a non-exclusive manner, indicating that the elements, components or stages referred to may be present or used, or be combined with other elements, components or stages that are not expressly mentioned. When the claims of the specification refer to at least one of something selected from the group consisting of A, B, C ... and N, the text should be interpreted as requiring only one element of the group, not A plus N, or B plus N, etc.
Claims (9)
- $ Control $ Control
- EC50 ípM) EC50 ípM)
- ♦ Sigma ♦ Sigma
- 134,7 134.7
- T ToCris T ToCris
- 145,2 145.2
- A Toronto To Toronto
- 115,4 115.4
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